Количество экструдеров
Среди FDM принтеров встречаются модели с одним, двумя, тремя и более экструдерами. Наличие нескольких экструдеров позволит вам печатать различными материалами одновременно. Вы сможете зарядить в принтер несколько катушек с отличными по цвету или техническим характеристикам материалами и получить любой необходимый результат. Таким образом, вы получите возможность создавать разноцветные распечатки, либо же печатать поддержки к модели из легкоудалимых в постобработке материалов (некоторые дизайны с навесными элементами требуют наличие поддержек при печати, которые удаляются вручную в процессе постобработки).
Как выбрать 3D принтер
Выбирая принтер, в первую очередь надо определиться с тем, по какой технологии происходит печать. Прибор любительского уровня, а только такой потенциально может купить себе среднестатистический потребитель, а не целое предприятие, работают на основе разработки под названием Пластик Джет (PJP), в некоторых источниках она обозначается как Fused Deposition Modeling (FDM) или Fused Filament Fabrication (FFF). По сути это одно и то же.
Виды материалов для любительской печати
В основном для печати на устройствах такого типа используется пластик с разными характеристиками. Фасуется он в виде пластикового шнура, намотанного на катушку, или нарезанного соломкой. Массово используется пластик двух видов: ABS и PLA.
АБС пластик безопасен, не токсичен, подходит для детских изделий, более того, с ним можно работать в присутствии детей. Изделия из него прочные, долго служат. Недостаток пластика – теряет товарный вид на солнце и на сильном морозе. Его чаще используют в профессиональном изготовлении деталей.
ПЛА пластик (полилактид) более хрупкий, служит не так хорошо. Зато он более пластичен и дает больше возможностей для сложных форм. Он является натуральным продуктом, так как производится из кукурузы и сахарного тростника. В утилизации он экологичен, на 100% разлагается на безопасные компоненты. Изделия из PLA устойчивы к истиранию, держат свою геометрию. Следовательно, пластик отлично подходит для движущихся элементов. В целом, это скорее любительский вариант пластика.
Альтернативные материалы для 3D печати
Помимо пластика для работы на таких принтерах используют следующие материалы.
- Нержавеющая сталь. Используется только в профессиональном оборудовании. Дает большие возможности для изготовления деталей.
- Дерево. По факту не дерево, а смесь связывающего полимера с деревянной добавкой. Этот материал стоит очень дорого, в работе особых навыков не требует. Изделия из него «теплые», внешне не отличить от дерева.
- Смола тоже стоит дорого. Из нее можно распечатать детали высокой точности, с великолепным качеством поверхности – гладкие и прочные. Под действием солнца смола теряет прозрачность.
- Нейлон. Применяется в основном для изготовления элементов промышленного и медицинского назначения.
Характеристики 3D принтеров
Чтобы выбрать принтер или провести анализ для выявления лидера, надо понимать, какие характеристики устройств являются ключевыми.
- Область печати. Этот параметр определяет максимальный объем деталей, которые возможно создать с помощью данного оборудования. В документации указывается или объем в куб.см или предельные линейные размеры в мм.
- Разрешение печати (слоя). Это толщина слоя, которым наносится материал. Чем выше разрешение, тем тоньше наносится пластик, рельефы спокойные, поверхность качественная. Ниже эта величина – детали выходят более «топорными», без тонкой проработки. В некоторых приборах данный параметр может выставляться оператором.
Экструдер. Это рабочий узел принтера, который отвечает за подготовку (разогрев) и выдачу материала. Пластик (или другое сырье) размягчается под действием высоких температур в сопле и подается на печать (экструдируется). В состав данного узла входит непосредственно сопло, транспортер для шнура (нити пластика), температурный контролер и охлаждающий механизм. 3D принтеры с одним экструдером за проход могут работать только одной нитью. Чтобы появилась возможность многоцветной печали, в приборе должно быть, по крайней мере, 2-3 экструдера. В промышленных устройствах возможен вариант одного узла с двойным соплом. Это дорого, и бытовые устройства так не оборудуются.
- Принтеры могут «коннектиться» с внешними устройствами (компьютером, смартфоном или просто внешней памятью) посредством USB и/или Wi-Fi. Не всегда это является обязательным условием для работы.
- Прошивка принтера (программное обеспечение). По умолчанию оно является предустановленным. В его обязанности входит распознание, обработка документов в формате stl для последующей печати. Создаются же эти файлы в профессиональных программах, вроде Скетчап и Autodesk Inventors Fusion.
- Дополнительные функции. Эргономика, дизайн и другие детали не вмешиваются в рабочие процессы в принтере, но часто определяют его стоимость.
Классификация принтеров по типу используемых материалов
Заправляемый в технику расходник определяет типы 3d-принтеров. Лазерные агрегаты спекают и ламинируют порошок. Струйный 3д-принтер поочередно склеивает слои используемого исходного материала, затем происходит его спекание. Следующий шаг – охлаждение. Здесь могут использоваться виды фотополимерного пластика, смол, порошков, силикона, металла и восковые компоненты. Рассмотрим, как работает такая техника на разных материалах.
Порошок
Принцип действия техники проявляются в следующих действиях:
- исходя из предоставленной модели, печатающая головка начинает наносить в определенные места специальное связующее вещество;
- на него тонким валиком будет нанесен порошок, который спекается с веществом.
- далее процесс повторяется.
Подобное устройство вполне реально собрать собственными руками – достаточно иметь необходимые комплектующие. Еще один бонус «в копилку» такого аппарата – работа с пудрой из металла.
Гипс
Гипсовый вариант тоже заправляется порошками, но уже соответствующими – от гипса до шпаклевки, цемента и тому подобных. Обязательно наличие связующего вещества. Такие принтеры чаще всего применяются в создании интерьерных украшений. Изделия здесь получаются самые разнообразные.
Фотополимер
Для изготовления объектов в этом случае используются жидкие фотополимеры. Интересен принцип создания фигурок. Ориентируясь на компьютерную модель, ультрафиолетовый лазер будет засвечивать определенные места. В дальнейшем они будут затвердевать под действием ультрафиолета. Такая засветка будет осуществляться и через специально подготовленный фотошаблон – только здесь будет применяться ультрафиолетовая лампа. Шаблонная заготовка будет меняться с каждым новым слоем.
Если техника выбрана стереолитографическая, то можно наслаждаться высокой точностью выполнения объемной печати. Единственный минус – низкая скорость работы, но если точность является актуальным показателем, то на время выполнения не обращают внимания.
Воск
Подобный аппарат печатает при помощи воска – материала с низкой плавящейся температурой. В этом свойстве есть свой бонус – легкость работы. Вот почему четкость и точность выполненных контуров является безукоризненной.
Как добиться цвета
Чтобы сделать объекты самой разной цветовой гаммы, в технике используется специальная головка. Здесь присутствует сразу несколько экструдеров – компонентов, способных плавить и наносить используемый расходный материал.
Есть еще один способ, именуемый «сублимация». Этот вид принтера используется, если необходимо перенести изображение (например, с фото) на рельефную поверхность. Для осуществления задуманного в определенных местах нагреваются красители – из-за температурного воздействия происходит испарение, и остается нужный рисунок.
Технологии 3D-печати
Кратко об основных методах 3D-принтинга.
Стереолитография (SLA). В стереолитографическом принтере лазер облучает фотополимеры, и формирует каждый слой по 3D-чертежу. После облучения материал затвердевает. Прочность изделия зависит от типа полимера — термопластика, смол, резины.
Цветную печать стереолитография не поддерживает. Из других недостатков — медленная работа, огромный размер стереолитографических установок, а еще нельзя сочетать несколько материалов в одном цикле.
Эта технология — одна из самых дорогих, но гарантирует точность печати. Принтер наносит слои толщиной 15 микрон — это в несколько раз тоньше человеческого волоса. Поэтому с помощью стереолитографии делают стоматологические протезы и украшения.
Промышленные стереолитографические установки могут печатать огромные изделия, в несколько метров. Поэтому их успешно применяют в производстве самолетов, судов, в оборонной промышленности, медицине и машиностроении.
Селективное лазерное спекание (SLS). Самый распространенный метод спекания порошковых материалов. Другие технологии — прямое лазерное спекание и выборочная лазерная плавка.
Метод изобрел Карл Декарт в конце восьмидесятых: его принтер печатал методом послойного вычерчивания (спекания). Мощный лазер нагревает небольшие частицы материала и двигается по контурам 3D-чертежа, пока изделие не будет готово. Технологию используют для изготовления не цельных изделий, а деталей. После спекания детали помещают в печь, где материал выгорает. SLS использует пластик, керамику, металл, полимеры, стекловолокно в виде порошка.
Технологию SLS используют для прототипов и сложных геометрических деталей. Для печати в домашних условиях SLS не подходит из-за огромных размеров принтера.
Послойная заливка полимера (FDM), или моделирование методом послойного наплавления. Этот способ 3d-печати изобретен американцем Скоттом Крампом. Работает FDM так: материал выводится в экструдер в виде нити, там он нагревается и подается на рабочий стол микрокаплями. Экструдер перемещается по рабочей поверхности в соответствии с 3D-моделью, материал охлаждается и застывает в изделие.
Преимущества — высокая гибкость изделий и устойчивость к температурам. Для такой печати используют разные виды термопластика. FDM — самая недорогая среди 3D-технологий печати, поэтому принтеры популярны в домашнем использовании: для изготовления игрушек, сувениров, украшений. Но в основном моделирование послойным наплавлением используют в прототипировании и промышленном производстве — принтеры довольно быстро печатают мелкосерийные партии изделий. Предметы из огнеупорных пластиков изготовляют для космической отрасли.
Струйная 3D-печать. Один из первых методов трехмерной печати — в 1993 году его изобрели американские студенты, когда усовершенствовали обычный бумажный принтер, и вскоре технологию приобрела та самая компания 3D Systems.
Работает струйная печать так: на тонкий слой материала наносится связующее вещество по контурам чертежа. Печатная головка наносит материал по границам модели, и частицы каждого нового слоя склеиваются между собой. Этот цикл повторяется, пока изделие не будет готово. Это один из видов порошковой печати: раньше струйные 3D-принтеры печатали на гипсе, сейчас используют пластики, песчаные смеси и металлические порошки. Чтобы сделать изделие крепче, после печати его могут пропитывать воском или обжигать.
Предметы, которые напечатали по этой технологии, обычно долговечные, но не очень прочные. Поэтому с помощью струйной печати делают сувениры, украшения или прототипы. Такой принтер можно использовать дома.
Еще струйную технологию используют в биопечати — наносят живые клетки друг на друга послойно и таким образом строят органические ткани.
Как создают изделия
За создание трехмерного изделия отвечает аддитивный процесс 3д-печати — это когда при изготовлении предмета слои материала накладываются друг на друга, снизу вверх, пока не получится копия формы в чертеже. Так печатают изделия из пластика. А фотополимерная печать работает по технологии стереолитографии (SLA): под воздействием лазерного излучателя фотополимеры затвердевают. Кроме пластика и фотополимерных смол, современные 3D-принтеры работают с металлоглиной и металлическим порошком.
Печать состоит из непрерывных циклов, которые повторяются один за другим — на один слой материала наносится следующий, и печатающая головка двигается, пока на рабочей поверхности не окажется готовый предмет. Отходы печати принтер сам удаляет с рабочего стола.
3DP
Технология 3DP (Three dimensional printing) или «Струйная трехмерная печать» заключается в следующем: на материал в порошковой форме наносится клей, затем поверх склеенного слоя наносится свежий слой порошка, и так весь цикл печати. Данная технология была изобретена в 1993 году в MIT (Массачусетском технологическом институте). Главными преимуществами этой технологии можно назвать возможность добавлять краску в клей (печать разными цветами), возможность использовать в домашних условиях и для бытовых нужд, можно использовать разные материалы в виде порошка (стекло, резина, бронза, дерево и др). Также стоит отметить, что в данном виде печати нет необходимости для создания дополнительных опор для прототипа. Главными недостатками можно считать то, что на выходе получается достаточно грубая модель (печать до 100 микрон) и что часто требуется дополнительная постобработка получившейся детали. Какие-либо изделия, рассчитанные на сильное механическое воздействие, распечатать методом 3DP не получиться. Основное назначение таких 3D принтеров — это печать сувениров и подарков, макетов, а также, если в качестве связующего элемента использовать пищевой клей, печать сладостей, конфет.
Что можно напечатать на 3D-принтере
В интернете полно подборок с инструкциями для печати 3D-изделий. 3D-Today публикует фотографии работ владельцев принтеров, от мелких запчастей до скульптур. На «Хабре» уже три года назад постили список «50 крутых вещей для печати на 3D-принтере». Make3D написали о более масштабных проектах — печати автомобилей, оружия, солнечных батарей и протезов.
Есть ряд перспективных областей, в которых уже применяют 3D-печать.
Изготовление моделей по собственным эскизам. Константин Иванов, создатель сервиса 3DPrintus, в интервью «Афише» рассказал, что 3D-печать приведет к расцвету customizable things: любой сможет собрать и распечатать нужное изделие онлайн. Например, сделать модель робота и заказать его печать на промышленном принтере, создать и распечатать свой дизайн обручальных колец или обуви. Примеры таких проектов — Thinker Thing и Jweel.
Быстрое прототипирование. Самая популярная область, в которой используют трехмерную печать. На 3D-принтерах делают тестовые модели протезов, прототипы лечебных корсетов, барельефов, олимпийского снаряжения.
Сложная геометрия. 3D-принтер легко справляется с изготовлением моделей любой формы. Несколько примеров:
— в австралийском университете исследовали возможности 3D-принтера и напечатали табурет в форме отпечатка пальца;
— шеф-повар из Дании победил в конкурсе высокой кухни: он напечатал на 3D-принтере миниатюрные блюда сложной формы из морепродуктов и свекольного пюре;
— в немецком институте разработали систему для ускоренной 3D-печати — за 18 минут принтер изготавливает сложное геометрическое изделие высотой в 30 см. Обычно у принтеров уходит час на печать карманных фигурок.
Как появился трехмерный принтер
Не будем слишком утомлять вас датами и кратко перескажем историю 3D-печати.
Предвестник трехмерной печати. В начале 80-х доктор Хидео Кодама разработал систему быстрого прототипирования с помощью фотополимера — жидкого вещества на основе акрила. Технология печати была похожа на современную: принтер печатал объект по модели, послойно.
Первый 3D-принтинг. Изготовление физических предметов с помощью цифровых данных продемонстрировал Чарльз Халл. В 1984 году, когда компьютеры еще не сильно отличались от калькуляторов, а до выхода Windows-95 было десять лет, он изобрел стереолитографию – предшественницу 3D-печати. Работала технология так: под воздействием ультрафиолетового лазера материал застывал и превращался в пластиковое изделие. Форму печатали по цифровым объектам, и это стало бумом среди разработчиков — теперь можно было создавать прототипы с меньшими издержками.
Первый производитель 3D-принтеров. Через два года Чарльз Халл запатентовал технологию и открыл компанию по производству принтеров 3D Systems. Она выпустила первый аппарат для промышленной 3D-печати и до сих пор лидирует на рынке. Правда, тогда принтер называли иначе — аппаратом для стереолитографии.
Популярность 3D-печати и новые технологии. В конце 80-х 3D Systems запустила серийное производство стереолитографических принтеров. Но к тому времени появились и другие технологии печати: лазерное спекание и моделирование методом наплавления. В первом случае лазером обрабатывался порошок, а не жидкость. А по методу наплавления работает большинство современных 3D-принтеров. Термин «3D-печать» вошел в обиход, появились первые домашние принтеры.
Революция в 3D-печати. В начале нулевых рынок раскололся на два направления: дорогие сложные системы и те, что доступны каждому для печати дома. Технологию начали применять в специфических областях: впервые на 3D-принтере напечатали мочевой пузырь, который успешно имплантировали.
В 2005 году появился первый цветной 3D-принтер с высоким качеством печати, который создавал комплекты деталей для себя и «коллег».
Как выбрать 3D принтер
Данные устройства достаточно сложные, поэтому решение, какой выбрать 3D принтер требует от пользователя определенных знаний и навыков. Тем, кто лишь начинает разбираться в этой сфере, следует, в первую очередь, определить для себя какой 3d принтер нужен. Они разделяются на два типа:
- Устройства FDM (рис. 1). Используют послойное наплавление, материалом служит тонкая пластиковая нить. Она присутствует в печатающей головке и перемещается в трехмерном пространстве. В результате, происходит образование горизонтальных слоев пластика, слипающихся между собой. Эти движения повторяются с каждым слоем, и в конце рабочего процесса создается нужный объект. При таком способе печати самоделка получается небольших размеров, у них заметна некоторая шероховатость.
- Принтеры SLA (рис. 2). Исходным сырьем служит жидкость, представляющая собой светочувствительную смолу. Под действием света жидкий материал становится твердым. В итоге получаются гладкие детализированные предметы. Они отлично подходят для медицинской, ювелирной и других областей, где требуется высокая точность в мелких деталях. Во время работы помещение должно качественно вентилироваться, так как в смоле содержатся токсические вещества. Оборудование и материалы относятся к дорогостоящим и в основном используются в профессиональной деятельности.
Тип используемого пластика
Часто стоит вопрос, какой пластик необходимо покупать? В полупрофессиональной сфере и дома используются принтеры FDM. Для них лучше всего подходят материалы категории PLA, называемые еще полимолочной кислотой. Нити из этого вещества дают устойчивые показатели, с их помощью успешно решаются многие DIY-задачи.
Не менее популярен пластик ABS, широко применяемый в технологиях работ под давлением. Он требует больше внимания, поскольку обладает повышенным коэффициентом усадки в сравнении с предыдущим материалом. Начинающим пользователям рекомендуется заняться пластиком и попробовать в работе 1 или 2 материала, чтобы научиться правильному обращению. Наиболее дешевым считается ABS, а экологически чистым – PLA.
Простота в использовании
К настоящему времени 3D-принтеры прошли нелегкий путь от громоздких сложных изделий, до современных устройств с максимально простым управлением. Сейчас подбирают приборы по следующим признакам:
- Совершенство программного обеспечения, позволяющее полностью контролировать качество работы.
- Наличие сенсорного экрана, где видна информация о каждом этапе печати. Можно корректировать различные составляющие, например, экструдеры и другие системы.
Всего этого нет в дешевых моделях, поэтому и цена их значительно ниже.
Один экструдер хорошо, а два лучше
По своему назначению экструдер является печатающей головкой 3D-принтера. Эту, наиболее важную деталь, остальные системы прибора лишь поддерживают в рабочем состоянии и обеспечивают перемещение в заданных направлениях.
В дорогих устройствах нередко устанавливаются два экструдера. Такая конструкция дает возможность использовать два разных цвета или материала при создании одного предмета, успешно преодолевать сложную геометрию объекта. Начинающим пользователям вполне достаточно 1-го экструдера в бюджетном принтере.
Стол с подогревом или камера
Дорогие устройства оборудуются специальными закрытыми камерами кубической формы. В закрытом пространстве крупные плоские предметы не коробятся и не деформируются. За счет этого удается получать детали высокого качества. В более дешевых принтерах камеры закрытого типа оборудуются подогревом.
Бюджетным моделям достаточно подогреваемых столов, а в некоторых приборах отсутствует и эта функция, если для работы используется только пластик PLA. В таких случаях для крепления деталей к столу применяется специальная пленка или клей.
Грунтовка перед покраской 3D модели
Грунтовка для 3D печати представляет собой особый вид краски, которая поставляется в нейтральных тонах. предназначена для создания однородной поверхности, к которой легко будет приклеиваться краска. Выпускается как в жидком виде (под кисть), так и в виде аэрозольного спрея. Выбирая грунтовку для 3D печатной модели, лучше использовать спрей. Это позволит равномерно покрыть поверхность принта, и исключит необходимость использования кисти, которые могут оставлять заметные следы. Какую краску выбрать для 3D-печати? Для достижения лучших результатов, нужно использовать грунтовку (и краску), которые совместимы с данным типом пластика и имеют туже марку. Использование высококачественного грунтовочного наполнителя, такого как Krylon и Montana будет отличным выбором. Перед использованием, хорошо встряхните содержимое баллона, вращая его круговыми движениями в течении 2-3 минут
Это очень важно, так как без встряхивания, на поверхности вашего принта будут появляться пузырьки. Распыление можно начинать после того, как вы поймете, что металлический шарик, находящийся внутри баллона начнет двигаться плавно. При распылении держите баллон на расстоянии 15-20 см от поверхности принта
Распыляйте короткими, быстрыми движениями. Начинайте распыление вначале объекта и заканчиваете в конце. Двигайтесь быстро, при необходимости вращая 3D модель. Старайтесь избегать чрезмерного распыления. Цель заключается в нанесении очень тонкого слоя, который в последствии будет наращиваться. Как только начальный слой высохнет, начинайте напыление второго. Как и в случае с наждачной бумагой, не торопитесь и старайтесь и по возможности используйте круговые движения. Главная цель грунтования – получение одинаковой, равномерной поверхности. После того как вы отшлифуете и отполируете грунтовочный слой, можно переходить к покраске. Сам процесс покраски состоит из трех отдельных этапов – грунтовка, верхнее покрытие и прозрачное покрытие. Как и в случае с грунтованием, краску лучше использовать аэрозольную. Это даст больший контроль равномерности и толщины слоя. А так же позволит избежать появления следов от кисти. Идеально будет краска, которая наносит слои с минимальной толщиной. Одним из лучших вариантов будет – Tamia. Покрасочные материалы Тамия разработаны специально для моделлеров и радиолюбителей. Это делает ее отличным выбором для финишной покраски 3D моделей.
При распылении держите баллон на расстоянии 15-20 см от поверхности принта. Распыляйте короткими, быстрыми движениями. Начинайте распыление вначале объекта и заканчиваете в конце. Двигайтесь быстро, при необходимости вращая 3D модель. Старайтесь избегать чрезмерного распыления. Цель заключается в нанесении очень тонкого слоя, который в последствии будет наращиваться. Как только начальный слой высохнет, начинайте напыление второго. Как и в случае с наждачной бумагой, не торопитесь и старайтесь и по возможности используйте круговые движения. Главная цель грунтования – получение одинаковой, равномерной поверхности. После того как вы отшлифуете и отполируете грунтовочный слой, можно переходить к покраске. Сам процесс покраски состоит из трех отдельных этапов – грунтовка, верхнее покрытие и прозрачное покрытие. Как и в случае с грунтованием, краску лучше использовать аэрозольную. Это даст больший контроль равномерности и толщины слоя. А так же позволит избежать появления следов от кисти. Идеально будет краска, которая наносит слои с минимальной толщиной. Одним из лучших вариантов будет – Tamia. Покрасочные материалы Тамия разработаны специально для моделлеров и радиолюбителей. Это делает ее отличным выбором для финишной покраски 3D моделей.
